WO2012130839A1 - Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor sowie kolben für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor sowie kolben für einen verbrennungsmotor Download PDF

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    • Y10T29/49249—Piston making

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a piston for an internal combustion engine and to a piston for an internal combustion engine.
  • a piston is known, for example, from DE 199 15 782 A1, during its manufacture from the piston crown by turning with feed in the axial direction of the piston
  • Cooling channel is formed, which subsequently by a powder metallurgically produced aluminum component
  • the invention is based on the object, an improved in terms of efficiency production process for pistons for internal combustion engines and one thus produced
  • the previously required salt core to form the cooling channel avoided and the casting process can be automated with it. Furthermore, a significant
  • Cooling channel is located in an area "next to" the combustion bowl, the cooling effect in the most polluted
  • cooling channel is comparatively high compared to conventional designs, in particular arranged higher than the uppermost annular groove, so that the described advantage can be achieved.
  • Piston blanks separate material the possibility of this in the Regarding the requirements concerning the
  • the requirements can be met particularly well, and at the same time it offers advantages for the simplification in the context of the manufacturing process, if the closing of the cooling channel by a metal sheet. This can be connected by means of a joining method with the piston blank, which may be pre-machined in the area in question.
  • the sheet is made of aluminum or an aluminum alloy, so that the thermophysical properties of the sheet are similar to those of the piston, since this is also made of
  • Aluminum or an aluminum alloy is made.
  • the two alloys or materials are substantially identical.
  • this measure also unfolds its advantages without the radial design of the cooling channel and insofar is to be seen as an independent innovation described herein. However, it can be combined with all the measures described herein.
  • the casting process can be further simplified if, advantageously, a ring carrier can be avoided as a cast part by introducing a further radial groove on the outside of the piston, filled with material and an annular groove is incorporated therein.
  • the groove may for example be formed substantially V-shaped, and the material may, for example, by thermal
  • Fig. 1 is a sectional view of a piston according to the invention in a first stage
  • Fig. 2 is a sectional view of a piston according to the invention in a second stage
  • Fig. 3 is a sectional view of a piston according to the invention in a third stage Detailed description of a preferred embodiment of the invention
  • Boundary portion of a piston according to the invention is provided, which is provided with a plurality of annular grooves, wherein the uppermost annular groove 12 in a special way and without in the casting process required Eing manmaschine, such as. Ring carrier, was formed.
  • a radial, substantially V-shaped groove was formed on the cast piston blank and filled with a particularly wear-resistant material 14, for example by thermal spraying. From this, the groove 12 was worked out, which is thus completely formed in a particularly wear-resistant material and in
  • FIG. 1 a stage in the production is shown in which a piston blank, which was typically cast and mechanically preprocessed from the
  • Combustion chamber 20 from in the radial direction has been provided with a groove for the subsequent cooling channel 16.
  • the cooling channel can be suitably provided to the outside, ie to the annular groove 12 of the piston with a rounded groove bottom.
  • This groove is closed in the example shown by a plate 18 which is attached with a suitable joining operation.
  • the later cooling channel 16 occluding sheet has substantially a ring shape.
  • the V-shape of the material 14 in the region of the uppermost annular groove and the groove provided for this purpose a rounded tip of the "V" on iron.
  • the sheet 18 can be at least partially, in the case shown, for example, at the upper and lower end, processed by remelting such that a structural refinement occurs. This can also for adjacent thereto areas 22 on the piston blank, in the
  • FIG. 3 shows how, after remelting, essentially the entire lateral boundary of FIG
  • Combustion well 20 is post-processed in a suitable manner and typically by machining to form the desired contour.
  • Casting process in which advantageously can be dispensed with inserts, can be extensively automated, so that the efficiency is increased and the frequency of errors is reduced.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor wird in einen gegossenen Kolbenrohling von einer Brennraummulde (20) ausgehend in weitgehend radialer Richtung eine Nut eingearbeitet und nachfolgend zur Ausbildung eines Kühlkanals verschlossen. Ein gegossener Kolben für einen Verbrennungsmotor weist zwischen dem Kühlkanal und einer Brennraummulde (20) einen nach dem Gießen und dem Bearbeiten angebrachten Verschluss auf.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie einen Kolben für einen Verbrennungsmotor.
Bei Motorkolben ist der Bereich der obersten Ringnut und der Brennraummulde besonderen Belastungen ausgesetzt. Dem wird häufig durch einen Ringträger oder eine Ringnutarmierung Rechnung getragen. Gleichzeitig ist häufig ein ringförmiger Kühlkanal vorgesehen, der sich in diesem Bereich befindet.
Stand der Technik
Es ist bekannt, Ringträger einzugießen und/oder Salzkerne vorzusehen, die nach dem Herausspülen einen ringförmigen Kühlkanal einschließlich Zu- und Abflüssen belassen.
Ferner ist beispielsweise aus der DE 199 15 782 AI ein Kolben bekannt, bei dessen Herstellung vom Kolbenboden her durch Drehen mit Vorschub in Axialrichtung des Kolbens ein
Kühlkanal ausgebildet wird, der nachfolgend durch ein pulvermetallurgisch hergestelltes Aluminiumbauteil
verschlossen wird. Ähnliche Anordnungen sind aus der DD 130 368 Z, der
DE 103 39 54 B, der DE 10 2006 027 355 AI, der
DE 35 18 497 A, der JP 58 190 538 A2, der DE 15 83 747 C, der
US 3181514 A, der FR 1 301 299 A, der DE 10 01 862 B, der
FR 1 246 794 A, der DE 10 25 221 B und der DE 10 19 519 B bekannt .
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Hinblick auf die Effizienz verbessertes Herstellungsverfahren für Kolben für Verbrennungsmotoren und einen demnach hergestellten
Kolben zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.
Demzufolge wird in einem gegossenen Kolbenrohling von einer Brennraummulde ausgehend in weitgehend radialer Richtung eine Nut eingearbeitet und nachfolgend zur Ausbildung eines
Kühlkanals verschlossen. Hierdurch kann zum einen in
vorteilhafter Weise der bislang erforderliche Salzkern zur Ausbildung des Kühlkanals vermieden und der Gießprozess damit automatisiert werden. Ferner wird eine wesentlich
umfangreichere maschinelle Bearbeitung erreicht, und die Bearbeitung von Hand verringert, was die Verlässlichkeit erhöht, Ausschuss reduziert und damit das Verfahren insgesamt effizienter macht. Ferner kann dadurch, dass sich der
Kühlkanal in einem Bereich "neben" der Brennraummulde befindet, die Kühlwirkung in den besonders belasteten
Bereichen verbessert werden. Insbesondere ist der Kühlkanal verglichen mit herkömmlichen Gestaltungen vergleichsweise hoch, insbesondere höher als die oberste Ringnut angeordnet, so dass der beschriebene Vorteil erreicht werden kann.
Schließlich bietet die Abdeckung oder der Verschluss des Kühlkanals durch ein bezüglich des Gussmaterials des
Kolbenrohlings separates Material die Möglichkeit, dieses im Hinblick auf die Anforderungen betreffend die
Hitzebeständigkeit in besonderer Weise anzupassen und, wie nachfolgend genauer erläutert, mit hierfür besonders
vorteilhaften Eigenschaften zu versehen.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die Anforderungen können besonders gut erfüllt werden, und gleichzeitig bietet es für die Vereinfachung im Rahmen des Herstellungsverfahrens Vorteile, wenn das Verschließen des Kühlkanals durch ein Blech erfolgt. Dieses kann mittels eines Fügeverfahrens mit dem Kolbenrohling, der in dem fraglichen Bereich vorbearbeitet sein kann, verbunden werden.
Bereits durch den Fügeprozess, jedoch ebenso gut nach dem Fügen kann in vorteilhafter Weise zumindest bereichsweise ein Umschmelzen des Bleches erfolgen, um damit das Gefüge zu feinen und somit in dem hochbelasteten Bereich ein besonders widerstandsfähiges Gefüge auszubilden. Bevorzugt ist das Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgeführt, so dass die thermophysikalischen Eigenschaften des Blechs denjenigen des Kolbens ähneln, da dieser ebenfalls aus
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
Bevorzugt sind die beiden Legierungen oder Werkstoffe im Wesentlichen identisch. Im Hinblick auf das Umschmelzen des Verschlusses, insbesondere des Blechs des Kühlkanals, sei erwähnt, dass diese Maßnahme auch ohne die radiale Ausbildung des Kühlkanals seine Vorteile entfaltet und insoweit als hierin beschriebene unabhängige Neuerung zu sehen ist. Sie kann jedoch mit sämtlichen hierin beschriebenen Maßnahmen kombiniert werden.
Der Gießprozess kann weiter vereinfacht werden, wenn in vorteilhafter Weise auch ein Ringträger als ein Gießteil vermieden werden kann, indem an der Außenseite des Kolbens eine weitere radiale Nut eingebracht, mit Material gefüllt und darin eine Ringnut eingearbeitet wird. Die Nut kann beispielsweise im Wesentlichen V-förmig ausgebildet werden, und das Material kann beispielsweise durch thermisches
Spritzen eingebracht werden. Auch für die beschriebene
Ausbildung einer radialen Nut an der Außenseite sei erwähnt, dass sie mit einer beliebigen Gestaltung eines Kühlkanals, insbesondere auch mit einem in axialer Richtung erzeugten Kühlkanal kombiniert werden kann und auch in diesem Fall durch Vermeidung von Eingießteilen seine vorteilhaften
Wirkungen entfaltet. Eine Kombination mit sämtlichen weiteren hierin beschriebenen Maßnahmen ist jedoch möglich und vorteilhaft .
Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt ferner durch den im Anspruch 5 beschriebenen Kolben. Bevorzugte
Weiterbildungen ergeben sich im Wesentlichen aus den
vorangehend genannten, bevorzugten Verfahrensschritten.
Ferner sei erwähnt, dass sämtliche nur im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Merkmale und Maßnahmen auch auf den erfindungsgemäßen Kolben anwendbar sind und umgekehrt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein in den Zeichnungen dargestelltes
Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens in einem ersten Stadium;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens in einem zweiten Stadium; und
Fig. 3 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens in einem dritten Stadium Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
In Fig. 1 ist etwas mehr als die Hälfte eines oberen
Randbereichs eines erfindungsgemäßen Kolbens gezeigt, der mit mehreren Ringnuten versehen ist, wobei die oberste Ringnut 12 in besonderer Weise und ohne beim Gießprozess erforderliche Eingießteile, wie z.B. Ringträger, ausgebildet wurde.
Insbesondere wurde an dem gegossenen Kolbenrohling eine radiale, im Wesentlichen V-förmige Nut ausgebildet und mit einem besonders verschleißfesten Material 14, beispielsweise durch thermisches Spritzen, gefüllt. Hieraus wurde die Nut 12 herausgearbeitet, die somit vollständig in einem besonders verschleißfesten Material ausgebildet ist und in
vorteilhafter Weise den besonderen Belastungen in diesem Bereich Stand hält.
Dies gilt in gleicher Weise für die besondere Gestaltung eines Kühlkanals 16 und dessen Abdeckung in Form eines Blechs 18. In Fig. 1 ist ein Stadium im Rahmen der Herstellung gezeigt, in dem ein Kolbenrohling, der typischerweise gegossen und mechanisch vorbearbeitet wurde, von der
Brennraummulde 20 aus in radialer Richtung (gemäß Fig. 1 nach links) mit einer Nut für den späteren Kühlkanal 16 versehen wurde. Wie in den Figuren gezeigt ist, kann der Kühlkanal in geeigneter Weise zur Außenseite, d.h. zur Ringnut 12 des Kolbens hin mit einem gerundeten Nutengrund versehen werden. Diese Nut wird in dem gezeigten Beispiel durch ein Blech 18 verschlossen, das mit einem geeigneten Fügevorgang angebracht wird. Das den späteren Kühlkanal 16 verschließende Blech weist im Wesentlichen eine Ringform auf. Auch die V-Form des Materials 14 im Bereich der obersten Ringnut sowie der hierfür vorgesehenen Nut kann eine gerundete Spitze des "V" auf eisen . Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann das Blech 18 zumindest bereichsweise, in dem gezeigten Fall beispielsweise am oberen und unteren Ende, durch Umschmelzen derart bearbeitet werden, dass eine Gefügefeinung auftritt. Dies kann ferner für hierzu benachbarte Bereiche 22 an dem Kolbenrohling, in dem
gezeigten Fall an der Brennraummulde, vorgenommen werden. Wie erwähnt, kann dieses Umschmelzen im Rahmen des Fügevorgangs des Blechs 18 erfolgen oder als separater, nachfolgender Bearbeitungsschritt .
In Fig. 3 ist schließlich gezeigt, wie nach dem Umschmelzen im Wesentlichen die gesamte seitliche Begrenzung der
Brennraummulde 20 in geeigneter Weise und typischerweise spanend nachbearbeitet wird, um die gewünschte Kontur auszubilden. Die beschriebene Bearbeitung sowie der
Gießprozess, bei dem in vorteilhafter Weise auf Einlegeteile verzichtet werden kann, kann umfangreich automatisiert werden, so dass die Effizienz erhöht und die Häufigkeit von Fehlern verringert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10) für einen Verbrennungsmotor, bei dem in einen gegossenen
Kolbenrohling von einer Brennraummulde (20) ausgehend in weitgehend radialer Richtung eine Nut eingearbeitet und nachfolgend zur Ausbildung eines Kühlkanals (16) verschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Nut mittels eines Blechs (18) verschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Blech (18) zumindest bereichsweise umgeschmolzen wird .
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
ferner von der Außenseite des Kolbens (10) her eine radiale Nut eingebracht und mit Material (14) gefüllt wird, und hieraus eine Ringnut (12) gearbeitet wird.
5. Gegossener Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, der zwischen dem Kühlkanal (16) und einer Brennraummulde (20) einen nach dem Gießen und dem Bearbeiten
angebrachten Verschluss (18) aufweist.
6. Kolben nach Anspruch 5,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Verschluss ein Blech (18) ist.
7. Kolben nach Anspruch 6,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Blech (18) zumindest bereichsweise umgeschmolzen ist .
8. Kolben nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
eine Ringnut (12) vorgesehen ist, die in einem Material (14) ausgebildet ist, das in eine von der Außenseite her ausgebildete Nut gefüllt ist.
PCT/EP2012/055403 2011-03-30 2012-03-27 Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor sowie kolben für einen verbrennungsmotor WO2012130839A1 (de)

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